RU2768074C2

RU2768074C2 - Moving in loose medium

Info

Publication number: RU2768074C2
Application number: RU2020115942A
Authority: RU
Inventors: Лоренцо КОНТИ
Original assignee: Кровер Лтд
Priority date: 2017-10-31
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2022-03-23
Also published as: AU2018361813B2; GB2567898B; US11623703B2; EP3703999A1; RU2020115942A; GB201717993D0; CN111094117A; WO2019086870A1; CN111094117B; AU2018361813A1; US20200283081A1; GB2567898A; CA3078566A1; RU2020115942A3

Abstract

FIELD: technological processes.

SUBSTANCE: invention relates to methods of moving an object through a granular medium and the object itself. Object immersed in loose medium, It is equipped with one or several rotating parts to move through granular medium in direction perpendicular to axis of rotation, or in direction inclined relative to axis of rotation.

EFFECT: reduced load on working element at movement both in vertical, and in horizontal direction.

33 cl, 29 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention belongs

Настоящее изобретение относится к способам продвижения объектов через сыпучую среду, продвигающему приспособлению для продвижения объектов через сыпучую среду и транспортным средствам для обеспечения движения через сыпучую среду.The present invention relates to methods for advancing objects through a particulate medium, a propulsion device for advancing objects through a particulate medium, and vehicles for providing movement through a particulate medium.

Предпосылки изобретенияBackground of the invention

Было создано немного устройств, которые способны обеспечивать движение через сыпучую среду, такую как песок или зерно злаков. Это частично обусловлено практическими трудностями при наблюдении за тем, что происходит ниже поверхности сыпучей среды, что необходимо для конструирования и тестирования таких устройств, а также тем, что необходимы большие нагрузки для преодоления плотных зерновых утрамбовок, и общего отсутствия знаний того, как зерна протекают в сложных системах. Тем не менее, устройства для обеспечения движения через сыпучую среду могут найти много практических применений, в том числе в: определении и подъеме подземных или находящихся под морским дном объектов; обнаружении подземных химических утечек; извлечении транспортных средств (таких как машины), застрявших в песке; научном исследовании подземных сред, в частности, в исследовании планеты; а также отслеживании и смешивании зерен злаков и порошкообразных продуктов в силосных башнях.Few devices have been created that are capable of propulsion through loose media such as sand or cereal grains. This is partly due to the practical difficulty of observing what is going on below the surface of the bulk medium, which is necessary for designing and testing such devices, as well as the high loads required to overcome dense grain packs, and a general lack of knowledge of how grains flow in complex systems. However, devices for propulsion through granular media can have many practical applications, including: identifying and lifting objects underground or under the seabed; detection of underground chemical leaks; retrieving vehicles (such as cars) stuck in the sand; scientific study of underground environments, in particular, in the study of the planet; as well as tracking and mixing grains of cereals and powdered products in silos.

Немногие существующие в настоящее время устройства, как правило, достигают продвижения через сыпучую среду посредством поступательного перемещения зерен при приложении направленной по нормали силы (например, с помощью махового движения лопастей) или посредством подъемной силы, создаваемой при протягивании объекта в горизонтальном направлении через сыпучую среду. Такие устройства требуют приложения значительных сил для достижения продвижения, что приводит к приложению больших нагрузок на рабочие органы устройства и фактически ограничивает работу до мелких или наполовину погруженных состояний, поскольку силы, необходимые для поступательного перемещения зерен, как правило, возрастают с глубиной в сыпучей среде. Эти устройства в целом являются очень неэффективными и по существу вертикального движения таких устройств также тяжело достичь.Few currently available devices typically achieve propulsion through a granular medium by translational movement of the grains when a normal force is applied (for example, by means of a flapping movement of the blades) or by means of lift generated by pulling an object in a horizontal direction through the granular medium. Such devices require the application of significant forces to achieve advancement, which leads to the application of large loads on the working bodies of the device and in fact limits the operation to shallow or half-submerged states, since the forces required for the translational movement of the grains, as a rule, increase with depth in a granular medium. These devices are generally very inefficient and the inherently vertical movement of such devices is also difficult to achieve.

Соответственно, существует потребность в устройствах для обеспечения движения через сыпучую среду, которая приводит в результате к меньшим нагрузкам на рабочий орган устройства, которые являются более эффективными, которые способны работать на больших глубинах и/или которые могут обеспечивать достижение по существу вертикального движения устройства.Accordingly, there is a need for devices for providing movement through a granular medium, which results in lower loads on the working element of the device, which are more efficient, which are capable of operating at greater depths and/or which can achieve a substantially vertical movement of the device.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Один аспект настоящего изобретения предлагает способ продвижения объекта через сыпучую среду, содержащую сыпучий материал. Объект, как правило, оснащен одной или несколькими вращающимися частями. Способ, как правило, включает обеспечение объекта, погруженного в сыпучую среду (т.е. погруженного в сыпучий материал) и вращение по меньшей мере одной из (например, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей вокруг некоторой (т.е. соответствующей) оси вращения. Вращение по меньшей мере одной из (например, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей вокруг данной (т.е. соответствующей) оси вращения, как правило, приводит к перемещению сыпучего материала, смежного с одной или несколькими вращающимися частями, и (т.е. следовательно) продвижению объекта через сыпучую среду.One aspect of the present invention provides a method for advancing an object through a particulate medium containing particulate material. The object is usually equipped with one or more rotating parts. The method typically includes providing an object immersed in a granular medium (i.e., immersed in a granular material) and rotating at least one of (for example, each of) one or more rotating parts around some (i.e., corresponding) axis of rotation. Rotation of at least one of (e.g., each of) one or more of the one or more rotating parts about a given (i.e., corresponding) axis of rotation typically results in movement of the particulate material adjacent to the one or more rotating parts, and (i.e. i.e. consequently) the advancement of an object through a granular medium.

Дополнительный аспект настоящего изобретения предлагает продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) для продвижения объекта через сыпучую среду, содержащую сыпучий материал. Продвигающее приспособление (например, продвигающий блок), как правило, выполнено с возможностью соединения или соединен с объектом. Продвигающее приспособление (например, продвигающий блок), как правило, содержит одну или несколько вращающихся частей. Одна или несколько вращающихся частей, как правило, могут вращаться вокруг некоторой (т.е. соответствующей) оси вращения. Одна или несколько вращающихся частей, как правило, выполнены так (например, имеют форму и расположение), что вращение по меньшей мере одной из (например, как правило, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей вокруг данной (т.е. соответствующей) оси вращения, когда продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) соединено с объектом, а объект и продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) погружены в сыпучую среду (т.е. погружены в сыпучий материал), как правило, приводит к перемещению сыпучего материала, смежного с одной или несколькими вращающимися частями, и (т.е., следовательно) продвижению объекта через сыпучую среду.A further aspect of the present invention provides an advancing device (eg, advancing block) for advancing an object through a particulate medium containing particulate material. The advancing device (eg, advancing block) is typically coupleable to or coupled to the object. The advancing device (eg advancing block) typically includes one or more rotating parts. One or more rotating parts, as a rule, can rotate about some (ie, corresponding) axis of rotation. One or more rotating parts, as a rule, are made (for example, have a shape and arrangement) such that the rotation of at least one of (for example, as a rule, each of) one or more rotating parts around a given (i.e., corresponding) axes of rotation, when the advancing device (e.g. advancing block) is connected to the object, and the object and the advancing device (e.g. advancing block) are immersed in the bulk medium (i.e. immersed in the bulk material), generally results in movement of the bulk material , adjacent to one or more rotating parts, and (i.e., therefore) the advancement of the object through the granular medium.

Следует понимать, что сыпучий материал, как правило, содержит множество зерен (т.е. частиц). Зерна (т.е. частицы) являются, как правило, твердыми. Зерна (т.е. частицы), как правило, имеют (например, средний (например, средневзвешенный по объему или средневзвешенный по массе) или медианный (например, медианный по объему или медианный по массе)) диаметр от 0,1 мкм до 10 см (например, зерна, входящие в состав порошков мелкого помола, могут иметь (например, средние (например, средневзвешенные по объему или средневзвешенные по массе) или медианные (например, медианные по объему или медианные по массе)) диаметры, доходящие до 0,1 мкм, зерна, входящие в состав порошков крупного помола, как правило, имеют (например, средние (например, средневзвешенные по объему или средневзвешенные по массе) или медианные (например, медианные по объему или медианные по массе)) диаметры приблизительно 0,05 мм, зерна злаков могут иметь (например, средние (например, средневзвешенные по объему или средневзвешенные по массе) или медианные (например, медианные по объему или медианные по массе)) диаметры до приблизительно 5 мм и галька может иметь (например, средние (например, средневзвешенные по объему или средневзвешенные по массе) или медианные (например, медианные по объему или медианные по массе)) диаметры порядка от 1 см до 10 см). Зерна, как правило, утрамбованы вместе с образованием сыпучей среды, т.е. сыпучая среда, как правило, является конгломератом указанных зерен (т.е. частиц). Сыпучая среда может содержать (например, иметь в составе), например, песок, почву, камень или щебень (например, гальку), бобы (такие как, кофейные бобы или какао-бобы), зерно злаков (таких как кукуруза или пшеница) или порошок (такой как какао-порошок). Сыпучая среда может быть сухой. Между зернами может быть обеспечена газовая фаза (например, воздух). Альтернативно сыпучая среда может быть влажной (т.е. жидкость может заполнять некоторые или все внутренние пустоты между смежными зернами (т.е. частицами) в сыпучей среде).It should be understood that the bulk material, as a rule, contains many grains (ie particles). Grains (ie particles) are generally solid. The grains (i.e., particles) typically have (e.g., mean (e.g., volume-weighted average or mass-weighted average) or median (e.g., volume-median or mass-median)) diameters from 0.1 µm to 10 cm (for example, grains that are part of finely ground powders may have (for example, average (for example, volume-weighted average or mass-weighted average) or median (for example, volume median or mass median)) diameters up to 0, 1 µm, the grains that make up coarse powders typically have (for example, average (for example, volume-weighted average or mass-weighted average) or median (for example, volume median or mass median)) diameters of approximately 0.05 mm, cereal grains can have (e.g., average (e.g., volume-weighted average or weight-weighted average) or median (e.g., volume-median or mass-median)) diameters up to about 5 mm, and pebbles can have (e.g., avg. single (for example, volume-weighted average or mass-weighted average) or median (for example, volume median or mass median)) diameters of the order of 1 cm to 10 cm). The grains, as a rule, are compacted together with the formation of a loose medium, i.e. granular medium, as a rule, is a conglomerate of these grains (ie particles). The granular medium may contain (for example, be composed of), for example, sand, soil, stone or rubble (for example, pebbles), beans (such as coffee beans or cocoa beans), cereal grains (such as corn or wheat), or powder (such as cocoa powder). The loose medium may be dry. A gas phase (eg air) can be provided between the grains. Alternatively, the particulate medium may be wet (ie, the liquid may fill some or all of the internal voids between adjacent grains (ie, particles) in the particulate medium).

Автор настоящего изобретения установил, что вращение одной или нескольких вращающихся частей и последующее перемещение сыпучего материала, смежного с вращающимися частями, приводит к приложению к объекту силы, которая вызывает перемещение объекта через сыпучую среду. Способ и продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) обеспечивают особенно простое и эффективное приспособление для вызывания перемещения объекта через сыпучую среду.The inventor of the present invention has found that the rotation of one or more rotating parts and the subsequent movement of particulate material adjacent to the rotating parts leads to the application of a force on the object, which causes the object to move through the particulate medium. The method and advancing device (eg advancing block) provide a particularly simple and effective device for causing an object to move through the particulate medium.

Не желая ограничиваться какой-либо теорией, автор настоящего изобретения предполагает, что вращение вращающихся частей выводит из состояния покоя зерна, расположенные вокруг объекта и/или вращающихся частей (т.е. продвигающих приспособлений (например, продвигающих блоков)), вызывая в результате (т.е. локально) разжижение сыпучей среды. В данном контексте понятно, что термин «разжижение» не относится к расплавлению зерен с целью образования жидкости или растворению зерен в растворителе. Вместо этого под «разжижением» авторы настоящего изобретения подразумевают образование жидкоподобной (т.е. псевдоожиженной) фазы в сыпучей среде по сравнению с плотно утрамбованной статической или псевдостатической фазой, имеющейся в наличии, когда отсутствует вращение вращающихся частей. В случае сухой сыпучей среды (т.е. в которой между зернами либо обеспечена газовая фаза (например, воздух), либо фаза отсутствует (например, вакуум)) зерна в жидкоподобной фазе ведут себя согласно либо «инерционному состоянию» (которое хорошо известно в физике сыпучих материалов), в котором зерна не способны образовывать длинные силовые цепочки, и в котором нагрузки главным образом передаются посредством динамических столкновений между зернами, либо «промежуточному состоянию» (которое также хорошо известно в физике сыпучих материалов, и которое, как правило, имеет место при высоких скоростях сдвига), промежуточным между инерционным и псевдостатическим состояниями, либо комбинации указанных как промежуточного, так и инерционного состояний. В случае влажной сыпучей среды (т.е., в которой между зернами имеется промежуточная жидкость (например, вода)), в жидкоподобной фазе нагрузки преимущественно передаются не через силовые цепочки в сыпучем материале, а через промежуточную жидкость. Разжижение сыпучей среды, окружающей объект и/или вращающиеся части, способствует перемещению объекта через сыпучую среду, поскольку при перемещении должны преодолеваться меньшие силы.Without wishing to be bound by any theory, the inventor of the present invention assumes that the rotation of the rotating parts brings out of rest the grains located around the object and/or the rotating parts (i.e. advancing devices (e.g., advancing blocks)), resulting in ( i.e. locally) liquefaction of a granular medium. In this context, it is understood that the term "liquefaction" does not refer to the melting of the grains to form a liquid or the dissolution of the grains in a solvent. Instead, by "liquefaction" the present inventors mean the formation of a liquid-like (ie, fluidized) phase in a free-flowing medium, as compared to the densely packed static or pseudo-static phase present when there is no rotation of the rotating parts. In the case of a dry granular medium (i.e., in which a gas phase is provided between the grains (for example, air) or there is no phase (for example, vacuum)) the grains in the liquid-like phase behave according to either the "inertial state" (which is well known in bulk materials physics) in which the grains are not capable of forming long chains of force, and in which the loads are mainly transferred through dynamic collisions between grains, or an "intermediate state" (which is also well known in bulk physics, and which, as a rule, has place at high shear rates), intermediate between the inertial and pseudostatic states, or a combination of both intermediate and inertial states. In the case of a wet bulk medium (i.e., in which there is an intermediate liquid (eg water) between the grains), in the liquid-like phase, the loads are predominantly transmitted not through force chains in the bulk material, but through the intermediate liquid. The liquefaction of the particulate medium surrounding the object and/or rotating parts facilitates the movement of the object through the particulate medium, since smaller forces must be overcome during the movement.

Способ может представлять собой способ продвижения объекта (т.е. по меньшей мере частично) в вертикальном направлении через сыпучую среду. Продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может представлять собой продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) для продвижения объекта (т.е. по меньшей мере частично) в вертикальном направлении через сыпучую среду. Например, способ может представлять собой способ продвижения объекта вверх через сыпучую среду (т.е. против силы тяжести). Дополнительно или альтернативно способ может представлять собой способ продвижения объекта вниз через сыпучую среду (т.е. совместно с силой тяжести). Продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может представлять собой продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) для продвижения объекта вверх через сыпучую среду (т.е. против силы тяжести). Продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может представлять собой продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) для продвижения объекта вниз через сыпучую среду (т.е. совместно с силой тяжести). Вертикальное движение объекта при вращении данной или каждой вращающейся части является контринтуитивным, поскольку такое вертикальное движение, как правило, не происходит в случае если объект был погружен, например, в обычную жидкость (т.е. ньютоновскую жидкость) или твердое вещество. Подобные свойства также, как правило, не наблюдаются в нетрадиционных жидкостях, таких как неньютоновские жидкости.The method may be a method of advancing an object (ie, at least partially) in a vertical direction through a particulate medium. The advancing device (eg, advancing block) may be a advancing device (eg, advancing block) for advancing the object (ie, at least partially) in a vertical direction through the granular medium. For example, the method may be a method of propelling an object upward through a granular medium (ie, against gravity). Additionally or alternatively, the method may be a method of propelling an object downward through a granular medium (ie, in conjunction with gravity). The advancing device (eg, advancing block) may be a advancing device (eg, advancing block) for advancing the object upward through the particulate medium (ie, against gravity). The advancing device (eg, advancing block) may be a advancing device (eg, advancing block) for advancing an object downward through the particulate medium (ie, in conjunction with gravity). The vertical movement of an object during the rotation of this or each rotating part is counterintuitive, since such vertical movement usually does not occur if the object has been immersed in, for example, an ordinary liquid (i.e. a Newtonian fluid) or a solid. Similar properties are also generally not observed in non-traditional fluids such as non-Newtonian fluids.

Не желая ограничиваться какой-либо теорией, автор настоящего изобретения предполагает, что перемещение объекта в вертикальном направлении (вверх или вниз) вызывается по меньшей мере частично действием силы тяжести (которая действует на сыпучую среду как вертикальная уплотняющая сила). Например, может случиться так, что когда вращение вращающихся частей выводит из состояния покоя зерна, расположенные вокруг объекта и/или вращающихся частей (т.е. продвигающих приспособлений (например, продвигающих блоков)), некоторые из этих зерен перемещаются вниз под действием силы тяжести вместе с потоком материала, образованным в результате вращения вращающейся части. Результирующее (т.е. вертикальное) перемещение зерен сверху объекта к низу объекта приводит к соответствующему перемещению объекта вверх. В частности, зерна, перемещаясь сверху объекта к низу объекта, тяготеют к сжатию под объектом, передают механический момент объекту и прилагают к объекту силу, направленную вверх. Однако, при некоторых обстоятельствах (зависящих от веса и/или плотности объекта и вращающихся частей) объект может погружаться в жидкоподобную сыпучую среду. Соответственно, вертикальное перемещение объекта в пределах жидкоподобной фазы сыпучей среды в некоторой степени аналогично плавучести объекта в обычной жидкости: в целом, когда относительная плотность объекта по сравнению с жидкоподобной сыпучей средой является низкой, результирующая сила, направленная вверх, прилагается к объекту, но когда относительная плотность объекта по сравнению с жидкоподобной сыпучей средой является высокой, к объекту прилагается новая сила, направленная вниз. Однако, в отличие от обычной плавучести, переход между перемещением объекта вверх и вниз, как правило, имеет место при соотношении между плотностью объекта и плотностью сыпучей среды, которое больше чем 1. Способ и продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) обеспечивают особенно простое и эффективное приспособление для вызывания перемещения объекта вверх и/или вниз через сыпучую среду.Without wishing to be bound by any theory, the inventor of the present invention assumes that the movement of an object in the vertical direction (up or down) is caused at least in part by the action of gravity (which acts on the bulk medium as a vertical compacting force). For example, it may happen that when the rotation of the rotating parts brings out of rest the grains located around the object and/or the rotating parts (i.e. advancing devices (e.g., advancing blocks)), some of these grains move downward under the influence of gravity. together with the material flow generated by the rotation of the rotating part. The resulting (ie, vertical) movement of the grains from the top of the object to the bottom of the object results in a corresponding upward movement of the object. In particular, the grains, moving from the top of the object to the bottom of the object, tend to compress under the object, transfer the mechanical moment to the object and apply an upward force to the object. However, under certain circumstances (depending on the weight and/or density of the object and rotating parts) the object may be immersed in a liquid-like granular medium. Accordingly, the vertical movement of an object within the liquid-like phase of a granular medium is somewhat analogous to the buoyancy of an object in an ordinary liquid: in general, when the relative density of an object compared to a liquid-like granular medium is low, a net upward force is applied to the object, but when the relative density the density of the object is high compared to a liquid-like granular medium, a new downward force is applied to the object. However, in contrast to conventional buoyancy, the transition between moving an object up and down generally occurs at a ratio between the density of the object and the density of the bulk medium that is greater than 1. an effective device for causing an object to move up and/or down through the bulk medium.

Дополнительно или альтернативно способ может представлять собой способ продвижения объекта (т.е. по меньшей мере частично) в горизонтальном направлении через сыпучую среду. Продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может представлять собой продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) для продвижения объекта в горизонтальном направлении через сыпучую среду. Боковое (т.е. результирующее) (например, горизонтальное) перемещение зерен с одной стороны объекта на другую сторону объекта, как правило, приводит к соответствующему боковому (например, горизонтальному) перемещению объекта. Это явление обычно происходит только когда ось вращения является не вертикальной (например, по существу горизонтальной). Контруинтуитивным образом, боковое направление движения объекта в сыпучей среде является, как правило, противоположным боковому направлению движения, в котором объект двигался бы, если бы он был помещен на твердую поверхность и данная или каждая вращающаяся часть вращались бы в одном и том же вращательном направлении. Не желая ограничиваться какой-либо теорией, автор настоящего изобретения предполагает, что в связи с асимметрией, возникающей в результате действия силы тяжести и вращения данной или каждой вращающейся части, зерна в жидкоподобной сыпучей среде склонны протекать со сдавливанием в направлении каждой указанной вращающейся части на стороне указанной вращающейся части, которая перемещается вниз во время своего цикла вращения. Следовательно, наблюдается, как правило, усиленное уплотнение зерен на указанной, перемещающейся вниз стороне вращающейся части и ослабленное уплотнение на противоположной, перемещающейся вверх стороне вращающейся части (т.е. наблюдается боковая разница в плотности в сыпучей среде, окружающей объект), так что присутствует результирующая боковая (например, горизонтальная) сила, прилагаемая к объекту, которая приводит к боковому (например, горизонтальному) перемещению указанного объекта.Additionally or alternatively, the method may be a method of advancing the object (ie, at least partially) in a horizontal direction through the granular medium. The advancing device (eg, advancing block) may be a advancing device (eg, advancing block) for advancing an object in a horizontal direction through the particulate medium. Lateral (ie net) (eg horizontal) movement of grains from one side of the object to the other side of the object generally results in a corresponding lateral (eg horizontal) movement of the object. This phenomenon usually occurs only when the axis of rotation is not vertical (eg, substantially horizontal). Contra-intuitively, the lateral direction of movement of an object in a granular medium is generally the opposite of the lateral direction of movement in which the object would move if it were placed on a solid surface and a given or each rotating part rotated in the same rotational direction. Without wishing to be bound by any theory, the inventor of the present invention assumes that due to the asymmetry resulting from the action of gravity and the rotation of this or each rotating part, grains in a liquid-like granular medium tend to flow with compression in the direction of each said rotating part on the side a specified rotating part that moves downward during its rotation cycle. Therefore, there is generally increased grain compaction on said downwardly moving side of the rotating part and weakened compaction on the opposite, upwardly moving side of the rotating part (i.e., there is a lateral difference in density in the bulk medium surrounding the object), so that there is the net lateral (eg, horizontal) force applied to an object that results in lateral (eg, horizontal) movement of said object.

Соответственно сила, прилагаемая к объекту, как правило, имеет вертикальную составляющую и может также иметь горизонтальную составляющую (т.е. зависящую от ориентации данной или каждой вращающейся части). Поэтому способ может представлять собой способ продвижения объекта как вверх и/или вниз, так и в боковом направлении через сыпучую среду. Продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может представлять собой продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) для продвижения объекта как вверх и/или вниз, так и в боковом направлении через сыпучую среду.Accordingly, the force applied to an object typically has a vertical component and may also have a horizontal component (ie, depending on the orientation of a given or each rotating part). Therefore, the method may be a method of advancing the object both up and/or down and laterally through the particulate medium. The advancing device (eg, advancing block) may be a advancing device (eg, advancing block) for advancing the object both up and/or down and laterally through the particulate medium.

Следует понимать, что в данном описании и прилагаемой формуле изобретения термин «горизонтальный» определяется со ссылкой на горизонтальное направление, перпендикулярное направлению, в котором сила из-за силы тяжести действует в заданном месте (т.е. перпендикулярно градиенту локального гравитационного поля). Термин «вертикальный» подобным образом определяется со ссылкой на вертикальное направление, параллельное указанному направлению, в котором сила из-за силы тяжести действует в заданном месте. Термины «вниз» и «вверх» используются со ссылкой на это вертикальное направление: «вниз» относительно направления движения, имеющего составляющую, параллельную направлению, в котором действует сила из-за силы тяжести, и «вверх» относительно направления движения, имеющего составляющую, встречно-параллельную направлению, в котором действует сила из-за силы тяжести. Термины «боковой» и «в боковом направлении» используются для обозначения направления движения, имеющего горизонтальную составляющую.It should be understood that in this specification and the appended claims, the term "horizontal" is defined with reference to a horizontal direction perpendicular to the direction in which the force due to gravity acts at a given location (i.e., perpendicular to the gradient of the local gravity field). The term "vertical" is similarly defined with reference to a vertical direction parallel to said direction in which a force due to gravity acts at a given location. The terms "down" and "up" are used with reference to this vertical direction: "down" with respect to the direction of motion, having a component parallel to the direction in which the force acts due to gravity, and "up" with respect to the direction of motion, having a component, counter-parallel to the direction in which the force acts due to gravity. The terms "lateral" and "lateral" are used to denote a direction of movement that has a horizontal component.

Объект, как правило, погружен (например, полностью погружен) в сыпучую среду, это означает, что большая часть (например, вся поверхность) объекта покрыта сыпучей средой, по меньшей мере до продвижения объекта (например, вверх) через сыпучую среду. Соответственно, способ может включать обеспечение объекта, погруженного (например, полностью погруженного) в сыпучую среду, и вращение по меньшей мере одной из (например, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей вокруг данной (т.е. соответствующей) оси вращения, чтобы тем самым продвигать объект (например, вверх) через сыпучую среду. Способ, таким образом, подходит для использования при извлечении объектов, полностью заглубленных в сыпучую среду, такую как песок.The object is typically immersed (eg, completely immersed) in the granular medium, which means that most (eg, the entire surface) of the object is covered by the granular medium, at least until the object advances (eg, upwards) through the granular medium. Accordingly, the method may include providing an object submerged (e.g., completely submerged) in a granular medium, and rotating at least one of (e.g., each of) one or more rotating parts about a given (i.e., corresponding) axis of rotation, so that thereby to advance the object (for example, upwards) through the loose medium. The method is thus suitable for use in recovering objects completely buried in loose media such as sand.

Направление движения объекта через сыпучую среду, как правило, зависит от ориентации оси вращения каждой из одной или нескольких вращающихся частей.The direction of movement of an object through a granular medium, as a rule, depends on the orientation of the axis of rotation of each of one or more rotating parts.

Может случиться так, что ось вращения по меньшей мере одной (и, как правило, каждой) из одной или нескольких вращающихся частей является (т.е. по существу) горизонтальной при использовании. Острый угол между осью вращения по меньшей мере одной (и, как правило, каждой) из одной или нескольких вращающихся частей и горизонталью может составлять менее чем 45°, или более часто менее чем 30°, или более часто менее чем 15°, или более часто менее чем 5°, например, приблизительно 0° при использовании. Способ может включать вращение по меньшей мере одной (и, как правило, каждой) из одной или нескольких вращающихся частей вокруг некоторой (т.е. соответствующей) (т.е. по существу) горизонтальной оси вращения, чтобы тем самым продвинуть объект (например, вверх) через сыпучую среду.It may be that the axis of rotation of at least one (and typically each) of the one or more rotating parts is (ie, substantially) horizontal in use. The acute angle between the axis of rotation of at least one (and typically each) of one or more of the one or more rotating parts and the horizontal may be less than 45°, or more often less than 30°, or more often less than 15°, or more. often less than 5°, eg approximately 0° in use. The method may include rotating at least one (and typically each) of one or more of the rotating portions around some (i.e., corresponding) (i.e., substantially) horizontal axis of rotation to thereby advance the object (e.g., , up) through the loose medium.

Автор настоящего изобретения обнаружил, что когда ось вращения (т.е. по существу) является горизонтальной, сила, прилагаемая к объекту, как правило, имеет ненулевую горизонтальную составляющую и ненулевую вертикальную составляющую, так что объект продвигается как вверх, так и в боковом направлении (т.е. вдоль направления, находящегося между горизонтальным и вертикальным) через сыпучую среду. Горизонтальная составляющая, как правило, действует в направлении, перпендикулярном оси вращения.The inventor of the present invention has found that when the axis of rotation is (i.e. essentially) horizontal, the force applied to an object generally has a non-zero horizontal component and a non-zero vertical component, so that the object is propelled both upwards and laterally (i.e. along a direction between horizontal and vertical) through a bulk medium. The horizontal component, as a rule, acts in the direction perpendicular to the axis of rotation.

Может случиться так, что ось вращения по меньшей мере одной (и, как правило, каждой) из одной или нескольких вращающихся частей является (т.е. по существу) вертикальной при использовании. Острый угол между осью вращения по меньшей мере одной (и, как правило, каждой) из одной или нескольких вращающихся частей и вертикалью может составлять менее чем 45°, или более часто менее чем 30°, или более часто менее чем 15°, или более часто менее чем 5°, например, приблизительно 0° при использовании. Способ может включать вращение по меньшей мере одной (и, как правило, каждой) из одной или нескольких вращающихся частей вокруг некоторой (т.е. соответствующей) (т.е. по существу) вертикальной оси вращения, чтобы тем самым продвинуть объект (например, вверх) через сыпучую среду.It may be that the axis of rotation of at least one (and typically each) of the one or more rotating parts is (ie substantially) vertical in use. The acute angle between the axis of rotation of at least one (and typically each) of one or more rotating parts and the vertical may be less than 45°, or more often less than 30°, or more often less than 15°, or more. often less than 5°, eg approximately 0° in use. The method may include rotating at least one (and typically each) of one or more of the rotating portions around some (i.e., corresponding) (i.e., substantially) vertical axis of rotation to thereby advance the object (e.g., , up) through the loose medium.

Автор настоящего изобретения обнаружил, что когда ось вращения (т.е. по существу) является вертикальной, сила, прилагаемая к объекту, как правило, имеет незначительную (например, нулевую) горизонтальную составляющую и ненулевую вертикальную составляющую, так что объект продвигается (т.е. по существу) вертикально вверх через сыпучую среду и любое боковое перемещение объекта является незначительным (т.е. объект продвигается преимущественно (например, полностью) в вертикальном направлении).The inventor of the present invention has found that when the axis of rotation is (i.e., essentially) vertical, the force applied to an object typically has a negligible (e.g., zero) horizontal component and a non-zero vertical component, so that the object advances (i.e., i.e. substantially) vertically upward through the bulk medium and any lateral movement of the object is negligible (i.e., the object moves predominantly (eg, completely) in the vertical direction).

Автор настоящего изобретения обнаружил, что когда ось вращения является промежуточной между горизонтальной и вертикальной, сила, прилагаемая к объекту, как правило, имеет ненулевую горизонтальную составляющую и ненулевую вертикальную составляющую, так что объект продвигается как вверх, так и в боковом направлении (т.е. вдоль направления, находящегося между горизонтальным и вертикальным) через сыпучую среду. Горизонтальная составляющая, как правило, действует в направлении, перпендикулярном оси вращения. Величина горизонтальной составляющей, как правило, уменьшается к нулю по мере увеличения угла наклона между осью вращения и горизонталью.The inventor of the present invention has found that when the axis of rotation is intermediate between horizontal and vertical, the force applied to an object generally has a non-zero horizontal component and a non-zero vertical component, so that the object is propelled both upwards and laterally (i.e. . along a direction between horizontal and vertical) through a loose medium. The horizontal component, as a rule, acts in the direction perpendicular to the axis of rotation. The value of the horizontal component generally decreases towards zero as the angle of inclination between the axis of rotation and the horizontal increases.

Способ может включать продвижение объекта в направлении (т.е. по существу), перпендикулярном оси вращения (например, когда ось вращения является (т.е. по существу) горизонтальной). Способ может включать продвижение объекта в направлении (т.е. по существу), параллельном оси вращения (например, когда ось вращения является (т.е. по существу) вертикальной). Способ может включать продвижение объекта в направлении, наклонном относительно оси вращения (например, когда ось вращения представляет собой промежуточные горизонтальную и вертикальную ориентации).The method may include advancing the object in a direction (ie, substantially) perpendicular to the axis of rotation (eg, when the axis of rotation is (ie, substantially) horizontal). The method may include advancing the object in a direction (ie, substantially) parallel to the axis of rotation (eg, when the axis of rotation is (ie, substantially) vertical). The method may include advancing the object in a direction oblique with respect to the axis of rotation (eg, when the axis of rotation is in between horizontal and vertical orientations).

Объект, как правило, содержит корпус. Одна или несколько вращающихся частей, как правило, соединены с корпусом. Одна или несколько вращающихся частей могут быть соединены с корпусом. Одна или несколько вращающихся частей могут быть образованы как единое целое с корпусом. Одна или несколько вращающихся частей могут быть образованы частью корпуса. Одна или несколько вращающихся частей могут окружать по меньшей мере часть корпуса. Одна или несколько вращающихся частей могут проходить (например, полностью) вокруг по меньшей мере части (например, всего) корпуса. Одна или несколько вращающихся частей могут содержать (например, образовывать) наружную поверхность корпуса.An object typically contains a body. One or more rotating parts are usually connected to the housing. One or more rotating parts may be connected to the housing. One or more rotating parts may be integrally formed with the housing. One or more rotating parts may be formed by a body part. One or more rotating parts may surround at least part of the housing. One or more rotating parts may extend (eg, completely) around at least part (eg, all) of the housing. One or more rotating parts may contain (for example, form) the outer surface of the housing.

Одна или несколько вращающихся частей, как правило, имеют (т.е. по существу) круглое поперечное сечение.One or more rotating parts, as a rule, have a (ie essentially) circular cross section.

Одна или несколько вращающихся частей могут быть (т.е. по существу) сферическими. Одна или несколько вращающихся частей могут быть (т.е. по существу) эллипсоидальными. Одна или несколько вращающихся частей могут быть (т.е. по существу) сфероидальными.One or more of the rotating parts may be (ie, substantially) spherical. One or more of the rotating parts may be (ie substantially) ellipsoidal. One or more of the rotating parts may be (ie substantially) spheroidal.

Одна или несколько вращающихся частей могут быть удлиненными. Каждая из одной или нескольких вращающихся частей может проходить вдоль соответствующей продольной оси. Каждая из одной или нескольких вращающихся частей может иметь (т.е. по существу) круглое поперечное сечение (т.е. перпендикулярное соответствующей продольной оси) по меньшей мере в одном месте вдоль продольной оси (т.е. вдоль длины) указанной вращающейся части. Каждая из одной или нескольких вращающихся частей может иметь (т.е. по существу) круглое поперечное сечение (т.е. перпендикулярное соответствующей продольной оси) вдоль по меньшей мере части указанной вращающейся части. Каждая из одной или нескольких вращающихся частей может иметь (т.е. по существу) круглое поперечное сечение (т.е. перпендикулярное соответствующей продольной оси) вдоль большей части длины указанной вращающейся части. Каждая из одной или нескольких вращающихся частей может иметь (т.е. по существу) круглое поперечное сечение (т.е. перпендикулярное соответствующей продольной оси) вдоль всей длины указанной вращающейся части.One or more rotating parts may be elongated. Each of the one or more rotating parts may extend along a respective longitudinal axis. Each of the one or more rotating parts may have a (i.e. substantially) circular cross-section (i.e. perpendicular to the respective longitudinal axis) at at least one location along the longitudinal axis (i.e. along the length) of said rotating part . Each of the one or more rotating parts may have a (ie substantially) circular cross section (ie perpendicular to the respective longitudinal axis) along at least a portion of said rotating part. Each of the one or more rotating parts may have a (ie substantially) circular cross section (ie perpendicular to the respective longitudinal axis) along most of the length of said rotating part. Each of the one or more rotating parts may have a (ie substantially) circular cross section (ie perpendicular to the respective longitudinal axis) along the entire length of said rotating part.

Термин «круглое поперечное сечение» не предназначен для обозначения того, что поперечное сечение указанной вращающейся части является идеально круглым. Разумеется, наружная поверхность каждой вращающейся части может содержать одну или несколько микроскопических или макроскопических неровностей, асимметрических деталей или текстур, которые отклоняются от идеально круглого поперечного сечения, но поперечное сечение все еще остается по существу круглым, другими словами, по меньшей мере в целом круглым. Например, может случиться так, что форма поперечного сечения является в целом круглой, и что все точки на наружной поверхности вращающейся части в плоскости поперечного сечения (т.е. точки, лежащие по периметру в целом круглого поперечного сечения) расположены не более чем на некотором расстоянии х от воображаемого периметра идеального круга, охватывающего ту же площадь, что и в целом круглое поперечное сечение, и с центром в средней точке в целом круглого поперечного сечения, при этом х составляет не более чем 20% или более преимущественно не более чем 10%, или даже более преимущественно не более чем 5% радиуса указанного идеального круга. Некоторое (т.е. по существу) круглое поперечное сечение обеспечивает в результате более эффективное продвижение объекта через сыпучую среду, поскольку поступательное перемещение зерен (т.е. частиц) уменьшено, особенно в вариантах осуществления, в которых одна или несколько вращающихся частей вращаются вокруг (т.е. соответствующей) главной оси (например, продольной оси удлиненной вращающейся части).The term "circular cross section" is not intended to mean that the cross section of said rotating part is perfectly circular. Of course, the outer surface of each rotating part may contain one or more microscopic or macroscopic irregularities, asymmetric details or textures that deviate from a perfectly circular cross section, but the cross section is still essentially circular, in other words at least generally circular. For example, it may happen that the shape of the cross section is generally circular, and that all points on the outer surface of the rotating part in the plane of the cross section (i.e. points lying around the perimeter of the generally circular cross section) are located on no more than some a distance x from an imaginary perimeter of an ideal circle encompassing the same area as the generally circular cross section and centered at the midpoint of the generally circular cross section, where x is not more than 20% or more advantageously not more than 10% , or even more preferably no more than 5% of the radius of said perfect circle. Some (i.e., substantially) circular cross section results in more efficient movement of the object through the granular medium because the translational movement of the grains (i.e., particles) is reduced, especially in embodiments in which one or more rotating parts rotate around (i.e., the corresponding) main axis (eg, the longitudinal axis of the elongated rotating part).

Форма поперечного сечения и/или площадь каждой вращающейся части (т.е. перпендикулярно соответствующей продольной оси) могут быть постоянными вдоль длины указанной вращающейся части. Альтернативно форма поперечного сечения и/или площадь каждой вращающейся части (т.е. перпендикулярно соответствующей продольной оси) может варьировать вдоль длины указанной вращающейся части. Однако наружная форма каждой вращающейся части, как правило, является выпуклой и, как правило, не содержит каких-либо (т.е. по существу) вогнутых частей.The cross-sectional shape and/or area of each rotating part (ie, perpendicular to the respective longitudinal axis) may be constant along the length of said rotating part. Alternatively, the cross-sectional shape and/or area of each rotating part (ie, perpendicular to the respective longitudinal axis) may vary along the length of said rotating part. However, the outer shape of each rotating portion is generally convex and generally does not contain any (ie substantially) concave portions.

Как правило, наружная поверхность каждой вращающейся части не имеет резьбы и вращающаяся часть не является винтообразной или не имеет спиральной формы.Typically, the outer surface of each rotating part is not threaded and the rotating part is not helical or helical.

Наружная поверхность одной или нескольких из (например, каждой из) вращающихся частей может быть (т.е. по существу) гладкой. Наружная поверхность одной или нескольких из (например, каждой из) вращающихся частей может быть (т.е. по существу) непрерывной. Наружная поверхность одной или нескольких из (например, каждой из) вращающихся частей может содержать одно или несколько углублений. Наружная поверхность одной или нескольких из (например, каждой из) вращающихся частей может содержать одну или несколько канавок. Наружная поверхность одной или нескольких из (например, каждой из) вращающихся частей может содержать одну или несколько впадин. Наружная поверхность одной или нескольких из (например, каждой из) вращающихся частей может содержать один или несколько проемов. Наружная поверхность одной или нескольких из (например, каждой из) вращающихся частей может содержать одно или несколько отверстий.The outer surface of one or more of (eg, each of) the rotating parts may be (ie, substantially) smooth. The outer surface of one or more of (eg, each of) the rotating parts may be (ie, substantially) continuous. The outer surface of one or more of (for example, each of) the rotating parts may contain one or more recesses. The outer surface of one or more of (for example, each of) the rotating parts may contain one or more grooves. The outer surface of one or more of (for example, each of) the rotating parts may contain one or more depressions. The outer surface of one or more of (for example, each of) the rotating parts may contain one or more openings. The outer surface of one or more of (for example, each of) the rotating parts may contain one or more holes.

Одна или несколько вращающихся частей могут быть (т.е. по существу) цилиндрическими.One or more of the rotating parts may be (ie substantially) cylindrical.

Ось вращения каждой указанной вращающейся части и продольная ось той же указанной вращающейся части могут совпадать (т.е. продольная ось может представлять собой ось вращения). Способ может включать вращение по меньшей мере одной (и, как правило, каждой) из одной или нескольких вращающихся частей вокруг соответствующей продольной оси, чтобы тем самым продвинуть объект (например, вверх) через сыпучую среду. Ось вращения может проходить через центр массы соответствующей вращающейся части.The axis of rotation of each specified rotating part and the longitudinal axis of the same specified rotating part may be the same (ie, the longitudinal axis may be the axis of rotation). The method may include rotating at least one (and typically each) of one or more rotating parts about a respective longitudinal axis to thereby propel an object (eg, upwards) through the bulk medium. The axis of rotation may pass through the center of mass of the corresponding rotating part.

Может случиться так, что ось вращения каждой указанной вращающейся части и продольная ось указанной той же вращающейся части не совпадают. Может случиться так, что ось вращения и продольная ось расположены на расстоянии друг от друга. Может случиться так, что ось вращения и продольная ось пересекают друг друга. Может случиться так, что ось вращения и продольная ось являются параллельными. Может случиться так, что ось вращения не проходит через центр массы указанной вращающейся части.It may happen that the axis of rotation of each said rotating part and the longitudinal axis of said same rotating part do not match. It may happen that the axis of rotation and the longitudinal axis are located at a distance from each other. It may happen that the axis of rotation and the longitudinal axis intersect each other. It may happen that the axis of rotation and the longitudinal axis are parallel. It may happen that the axis of rotation does not pass through the center of mass of said rotating part.

Одна или несколько вращающихся частей являются, как правило, безлопастными или лишенными ребер, т.е., как правило, одна или несколько вращающихся частей не содержат лопастей или ребер (например, проходящих в боковом направлении от вала). В частности, сила, действующая на объект, которая приводит к продвижению объекта через сыпучую среду, как правило, не создается (по меньшей мере преимущественно) посредством поступательного перемещения сыпучего материала в результате поступательного смещения одной или нескольких лопастей или ребер. Вместо этого сила является производной (по меньшей мере преимущественно) от (т.е. тангенциальных) фрикционных взаимодействий между наружными поверхностями одной или нескольких вращающихся частей и сыпучего материала.One or more of the rotating parts are typically bladeless or ribless, i.e. typically one or more of the rotating parts are free of blades or ribs (eg extending laterally from the shaft). In particular, the force acting on the object, which leads to the advancement of the object through the granular medium, as a rule, is not created (at least predominantly) by translational movement of the granular material as a result of the translational displacement of one or more blades or ribs. Instead, the force is derived (at least predominantly) from (ie, tangential) frictional interactions between the outer surfaces of one or more rotating parts and the bulk material.

Объект может быть оснащен одной или несколькими противодействующими частями. Продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может содержать одну или несколько противодействующих частей. Одна или несколько вращающихся частей могут быть вращающимися относительно (т.е. соответствующих) одной или нескольких противодействующих частей. Способ может включать вращение по меньшей мере одной из (например, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей относительно по меньшей мере одной из (например, каждой из) (т.е. соответствующей) одной или нескольких противодействующих частей. Одна или несколько противодействующих частей могут оставаться (т.е. по существу) статическими (т.е. невращающимися), в то время как одна или несколько вращающихся частей вращаются. Одна или несколько противодействующих частей могут вращаться противоположным образом (т.е. в противоположных направлениях) относительно одной или нескольких (т.е. соответствующих) вращающихся частей.An object may be equipped with one or more counteracting parts. The advancing device (eg advancing block) may comprise one or more counteracting parts. One or more rotating parts may be rotating relative to (ie corresponding to) one or more opposing parts. The method may include rotating at least one of (eg, each of) one or more rotating parts relative to at least one of (eg, each of) (ie, corresponding) one or more counteracting parts. One or more opposing parts may remain (ie, substantially) static (ie, non-rotating) while one or more rotating parts rotate. One or more opposing parts may counter-rotate (ie, in opposite directions) relative to one or more (ie, corresponding) rotating parts.

Продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может рассматриваться в качестве движителя, в значении прибора (например, устройства), который вызывает или способен вызывать продвижение объекта через сыпучую среду. Однако понятно, что термин "движитель" не используется в значении движителя в виде воздушного винта, содержащего одну или несколько расположенных под углом лопастей, прикрепленных к вращающемуся валу и выполненных с возможностью вращения с ним.A propulsion device (eg, a propulsion block) can be considered as a propulsion device, meaning a device (eg, device) that causes or is capable of causing the movement of an object through a granular medium. However, it is understood that the term "propulsion" is not used to mean a propeller in the form of a propeller comprising one or more angled blades attached to and rotatable with a rotating shaft.

Сыпучая среда (например, зерна, образующие сыпучую среду), как правило, имеет коэффициент трения, равный или больший чем 0,25 (или более преимущественно 3). Наружные поверхности одной или нескольких вращающихся частей, как правило, имеют коэффициент трения, равный или больший чем 0,25 (или более преимущественно 0,3), иначе трение между вращающимися частями и окружающей сыпучей средой является, как правило, слишком низким для создания движения объекта. Автор настоящего изобретения обнаружил, что по мере увеличения коэффициентов трения сыпучей среды и/или наружных поверхностей одной или нескольких вращающихся частей, направление движения объекта становится более вертикальным.The particulate media (eg, particulate media forming grains) typically has a coefficient of friction equal to or greater than 0.25 (or more preferably 3). The outer surfaces of one or more rotating parts typically have a coefficient of friction equal to or greater than 0.25 (or more preferably 0.3), otherwise the friction between the rotating parts and the surrounding bulk medium is generally too low to generate motion. object. The inventor of the present invention has found that as the coefficients of friction of the bulk medium and/or the outer surfaces of one or more rotating parts increase, the direction of movement of the object becomes more vertical.

Каждая из одной или нескольких вращающихся частей (например, круглое поперечное сечение одной или нескольких вращающихся частей), как правило, имеет диаметр, больший чем (например, средний) диаметр зерен (т.е. частиц), образующих сыпучую среду. Каждая из одной или нескольких вращающихся частей (например, круглое поперечное сечение одной или нескольких вращающихся частей), как правило, имеет диаметр по меньшей мере в два раза больший, чем (например, средний) диаметр зерен (т.е. частиц), образующих сыпучую среду. Каждая из одной или нескольких вращающихся частей (например, круглое поперечное сечение одной или нескольких вращающихся частей) может иметь диаметр, не превышающий шестикратного (например, среднего) диаметра зерен (т.е. частиц), образующих сыпучую среду. Автор настоящего изобретения обнаружил, что горизонтальная составляющая скорости объекта, перемещающегося через сыпучую среду при вращении одной или нескольких вращающихся частей, склонна к увеличению по мере увеличения диаметра каждой из указанных одной или нескольких вращающихся частей в шесть раз относительно (например, среднего) диаметра зерен, тогда как указанная горизонтальная составляющая скорости объекта, перемещающегося через сыпучую среду при вращении одной или нескольких вращающихся частей, склонна к уменьшению по мере увеличения диаметра каждой из указанных одной или нескольких вращающихся частей более чем в шесть раз относительно (например, среднего), диаметра зерен. Вертикальная составляющая скорости объекта, перемещающегося через сыпучую среду при вращении одной или нескольких вращающихся частей, склонна к увеличению по мере увеличения диаметра каждой из указанных одной или нескольких вращающихся частей.Each of the one or more rotating parts (eg, a circular cross-section of one or more rotating parts) typically has a larger diameter than (eg, average) diameter of the grains (ie, particles) forming the granular medium. Each of the one or more rotating parts (e.g., a circular cross-section of one or more rotating parts) typically has a diameter of at least twice the (e.g., average) diameter of the grains (i.e., particles) forming loose environment. Each of the one or more rotating parts (eg, a circular cross-section of one or more rotating parts) may have a diameter not exceeding six times (eg, average) the diameter of the grains (ie, particles) forming the free-flowing medium. The present inventor has found that the horizontal velocity component of an object moving through a granular medium as one or more rotating parts rotate tends to increase as the diameter of each of said one or more rotating parts increases by six times the (e.g. average) grain diameter, whereas said horizontal component of the velocity of an object moving through a granular medium as one or more rotating parts rotate tends to decrease as the diameter of each of said one or more rotating parts increases by more than six times relative to (for example, the average) grain diameter. The vertical component of the velocity of an object moving through a granular medium during the rotation of one or more rotating parts tends to increase as the diameter of each of said one or more rotating parts increases.

Объект может быть оснащен одной или несколькими вращающимися частями. Объект может быть оснащен тремя или более вращающимися частями. Объект может быть оснащен четырьмя или более вращающимися частями. Отдельные вращающиеся части выполнены, как правило, с возможностью независимого вращения вокруг соответствующих осей вращения. Соответствующие оси вращения вращающихся частей могут лежать в одной плоскости или проходить в одной или нескольких (т.е. по существу) параллельных плоскостях.An object can be equipped with one or more rotating parts. An object can be equipped with three or more rotating parts. An object can be equipped with four or more rotating parts. The individual rotating parts are designed, as a rule, with the possibility of independent rotation around the respective axes of rotation. The respective axes of rotation of the rotating parts may lie in the same plane or extend in one or more (ie substantially) parallel planes.

Каждая вращающаяся часть может быть предусмотрена на каком-либо (т.е. отдельном) углу объекта. Каждая вращающаяся часть может быть предусмотрена на какой-либо (т.е. отдельной) лицевой стороне объекта. Каждая вращающаяся часть может быть предусмотрена на каком-либо (т.е. отдельном) конце объекта.Each rotating part may be provided at any (ie, separate) corner of the object. Each rotating part may be provided on any (ie separate) front side of the object. Each rotating part may be provided at any (ie separate) end of the object.

Объект может представлять собой устройство. Объект может представлять собой механизированное устройство. Устройство может быть управляемым на расстоянии. Устройство может быть полностью автоматическим.The object may be a device. The object may be a mechanized device. The device can be controlled from a distance. The device can be fully automatic.

Устройство может представлять собой транспортное средство. Устройство может представлять собой механизированное транспортное средство. Транспортное средство может быть управляемым на расстоянии. Транспортное средство может быть полностью автоматическим. Транспортное средство может представлять собой беспилотное транспортное средство, такое как беспилотное подземное транспортное средство (например, «песчаный дрон»).The device may be a vehicle. The device may be a mechanized vehicle. The vehicle can be controlled from a distance. The vehicle may be fully automatic. The vehicle may be an unmanned vehicle, such as an unmanned underground vehicle (eg, "sand drone").

Устройство (например, транспортное средство) может быть оснащено двумя или более продвигающими приспособлениями (например, продвигающими блоками). Устройство (например, транспортное средство) может быть оснащено тремя или более продвигающими приспособлениями (например, продвигающими блоками). Устройство (например, транспортное средство) может быть оснащено четырьмя или более продвигающими приспособлениями (например, продвигающими блоками).The device (eg, vehicle) may be equipped with two or more advance devices (eg, advance blocks). The device (eg, vehicle) may be equipped with three or more advance devices (eg, advance blocks). The device (eg, vehicle) may be equipped with four or more advance devices (eg, advance blocks).

Каждое продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может быть предусмотрено на каком-либо (т.е. отдельном) углу устройства (например, транспортного средства). Каждое продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может быть предусмотрено на какой-либо (т.е. отдельной) лицевой стороне устройства (например, транспортного средства). Каждое продвигающее приспособление (например, продвигающий блок) может быть предусмотрено на каком-либо (т.е. отдельном) конце устройства (например, транспортного средства).Each advancing device (eg, advancing block) may be provided at any (i.e., separate) corner of the device (eg, vehicle). Each advancing device (eg, advancing block) may be provided on a (i.e., separate) face of the device (eg, vehicle). Each advancing device (eg, advancing block) may be provided at a (i.e., separate) end of the device (eg, vehicle).

Устройство (например, транспортное средство) может содержать процессор (находящегося в электронной связи с запоминающим устройством, хранящим выполняемый программный код).The device (eg, a vehicle) may include a processor (in electronic communication with a memory device that stores executable program code).

Вращение вращающейся части, как правило, включает один или несколько полных циклов вращения указанной вращающейся части вокруг своей соответствующей оси вращения. Вращение по меньшей мере одной из (например, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей может включать непрерывное вращение указанной по меньшей мере одной из (например, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей.The rotation of the rotating part typically includes one or more complete rotation cycles of said rotating part about its respective axis of rotation. Rotation of at least one of (eg each of) one or more rotating parts may include continuous rotation of said at least one of (eg each of) one or more rotating parts.

Устройство (например, транспортное средство) может быть выполнено (например, посредством программирования процессора) с возможностью вращения по меньшей мере одной из (например, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей с (т.е. по существу) постоянной угловой скоростью. Способ может включать вращение по меньшей мере одной из (например, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей с (т.е. по существу) постоянной угловой скоростью.A device (eg, a vehicle) may be configured (eg, by programming a processor) to rotate at least one of (eg, each of) one or more rotating parts at a (i.e., substantially) constant angular velocity. The method may include rotating at least one of (eg, each of) one or more rotating parts at a (ie, substantially) constant angular velocity.

Устройство может содержать один или несколько датчиков. Устройство может содержать один или несколько химических датчиков. Устройство может содержать один или несколько датчиков увлажненности и/или влажности. Устройство может содержать один или несколько датчиков микотоксинов. Устройство может содержать один или несколько датчиков плесневых грибов (например, плесени). Устройство может содержать один или несколько датчиков клещей. Устройство может содержать один или несколько датчиков бактерий. Устройство может содержать один или несколько датчиков излучения (например, электромагнитного). Устройство может содержать один или несколько тепловых датчиков. Устройство может содержать один или несколько датчиков температуры. Устройство может содержать один или несколько датчиков света. Устройство может содержать одну или несколько (например, видео) камер. Устройство может содержать один или несколько датчиков давления. Устройство может содержать один или несколько датчиков движения. Устройство может содержать один или несколько гироскопов. Устройство может содержать один или несколько акселерометров. Устройство может содержать один или несколько датчиков силы тяжести (например, один или несколько гравиметров). Устройство может представлять собой измерительное устройство.The device may contain one or more sensors. The device may contain one or more chemical sensors. The device may contain one or more humidity and/or humidity sensors. The device may contain one or more mycotoxin sensors. The device may contain one or more mold (eg mold) sensors. The device may contain one or more tick sensors. The device may contain one or more bacteria sensors. The device may contain one or more radiation sensors (for example, electromagnetic). The device may contain one or more thermal sensors. The device may contain one or more temperature sensors. The device may contain one or more light sensors. A device may contain one or more (eg video) cameras. The device may contain one or more pressure sensors. The device may contain one or more motion sensors. The device may contain one or more gyroscopes. The device may contain one or more accelerometers. The device may contain one or more gravity sensors (eg, one or more gravimeters). The device may be a measuring device.

Устройство (например, процессор) может быть запрограммировано на перемещение устройства через сыпучую среду посредством управления вращением одной или нескольких вращающихся частей. Способ, как правило, включает перемещение устройства через сыпучую среду посредством управления вращением одной или нескольких вращающихся частей.A device (eg, a processor) may be programmed to move the device through the bulk medium by controlling the rotation of one or more rotating parts. The method typically involves moving the device through a bulk medium by controlling the rotation of one or more rotating parts.

Устройство (например, процессор) может быть запрограммировано изменять направление и/или скорость движения устройства через сыпучую среду посредством регулирования вращения одной или нескольких вращающихся частей. Способ может включать изменение направления и/или скорости движения устройства через сыпучую среду посредством регулирования вращения одной или нескольких вращающихся частей.The device (eg, processor) may be programmed to change the direction and/or speed of movement of the device through the bulk medium by controlling the rotation of one or more rotating parts. The method may include changing the direction and/or speed of movement of the device through the granular medium by adjusting the rotation of one or more rotating parts.

Устройство (например, процессор) может быть запрограммировано изменять направление и/или скорость движения устройства через сыпучую среду посредством регулирования вращения одной или нескольких вращающихся частей в ответ на один или несколько выходных сигналов с одного или нескольких датчиков. Способ может включать изменение направления и/или скорости движения устройства через сыпучую среду посредством регулирования вращения одной или нескольких вращающихся частей в ответ на один или несколько выходных сигналов с одного или нескольких датчиков.The device (eg, processor) may be programmed to change the direction and/or speed of movement of the device through the bulk medium by controlling the rotation of one or more rotating parts in response to one or more output signals from one or more sensors. The method may include changing the direction and/or speed of movement of the device through the granular medium by adjusting the rotation of one or more rotating parts in response to one or more output signals from one or more sensors.

Устройство (например, транспортное средство), как правило, содержит источник питания (например, батарею) и по меньшей мере один двигатель для вызывания вращения по меньшей мере одной из (например, каждой из) одной или нескольких вращающихся частей.The device (eg, a vehicle) typically includes a power source (eg, a battery) and at least one motor for causing rotation of at least one of (eg each of) one or more rotating parts.

Необязательные и предпочтительные признаки согласно любому аспекту настоящего изобретения могут представлять собой признаки согласно любому другому аспекту настоящего изобретения.Optional and preferred features according to any aspect of the present invention may be features according to any other aspect of the present invention.

Описание графических материаловDescription of graphic materials

Иллюстративный вариант осуществления настоящего изобретения далее будет изображен со ссылкой на следующие фигуры, на которых:An exemplary embodiment of the present invention will now be illustrated with reference to the following figures, in which:

на фиг. 1 показан вид сверху устройства для продвижения через сыпучую среду;in fig. 1 shows a top view of a device for advancing through a granular medium;

на фиг. 2 показано устройство по фиг. 1 в перспективе;in fig. 2 shows the device of FIG. 1 in perspective;

на фиг. 3 приведено сравнение направления перемещения объекта, имеющего круглое поперечное сечение, вращающегося на фрикционной поверхности (слева) и вращающегося погруженным в сыпучую среду (справа);in fig. 3 shows a comparison of the direction of movement of an object having a circular cross section, rotating on a friction surface (left) and rotating immersed in a granular medium (right);

на фиг. 4 показано вертикальное и горизонтальное смещения вращающегося цилиндрического устройства проникания в зависимости от времени, когда оно погружено в сыпучую среду;in fig. 4 shows the vertical and horizontal displacements of a rotating cylindrical penetrator as a function of time when it is immersed in a granular medium;

на фиг. 5 показаны мгновенные подъемная и тяговая силы, действующие на вращающееся цилиндрическое устройство проникания в зависимости от времени, а также усредненные по времени подъемная и тяговая силы, действующие на устройство проникания, когда оно погружено в сыпучую среду;in fig. 5 shows the instantaneous lifting and traction forces acting on a rotating cylindrical penetration device as a function of time, as well as the time-averaged lifting and traction forces acting on the penetration device when it is immersed in a granular medium;

на фиг. 6 показан крутящий момент на вращающемся цилиндрическом устройстве проникания в зависимости от времени, когда оно погружено в сыпучую среду;in fig. 6 shows the torque on a rotating cylindrical penetrator as a function of time when it is immersed in a granular medium;

на фиг. 7 показана скорость вращающегося цилиндрического устройства проникания в зависимости от диаметра устройства проникания, когда оно погружено в сыпучую среду;in fig. 7 shows the speed of a rotating cylindrical penetrator as a function of the diameter of the penetrator when it is immersed in a granular medium;

на фиг. 8 показан крутящий момент на вращающемся цилиндрическом устройстве проникания в зависимости от диаметра устройства проникания, когда оно погружено в сыпучую среду;in fig. 8 shows the torque on a rotating cylindrical penetrator as a function of the diameter of the penetrator when it is immersed in a granular medium;

на фиг. 9 показана скорость вращающегося цилиндрического устройства проникания в зависимости от длины устройства проникания, когда оно погружено в сыпучую среду;in fig. 9 shows the speed of a rotating cylindrical penetrator as a function of the length of the penetrator when it is immersed in a granular medium;

на фиг. 10 показан крутящий момент на вращающемся цилиндрическом устройстве проникания в зависимости от длины устройства проникания, когда оно погружено в сыпучую среду;in fig. 10 shows the torque on a rotating cylindrical penetrator as a function of the length of the penetrator when it is immersed in a granular medium;

на фиг. 11 показана скорость вращающегося цилиндрического устройства проникания в зависимости от коэффициента трения зерен;in fig. 11 shows the speed of a rotating cylindrical penetrator as a function of the coefficient of friction of the grains;

на фиг. 12 показан крутящий момент на вращающемся цилиндрическом устройстве проникания в зависимости от коэффициента трения зерен;in fig. 12 shows the torque on a rotating cylindrical penetrator as a function of the coefficient of friction of the grains;

на фиг. 13 показана скорость вращающегося цилиндрического устройства проникания в зависимости от коэффициента восстановления зерен;in fig. 13 shows the speed of a rotating cylindrical penetrator as a function of the grain recovery ratio;

на фиг. 14 показан крутящий момент на вращающемся цилиндрическом устройстве проникания в зависимости от коэффициента восстановления зерен;in fig. 14 shows the torque on a rotating cylindrical penetrator as a function of the grain recovery ratio;

на фиг. 15 показана скорость вращающегося цилиндрического устройства проникания в зависимости от угловой скорости устройства проникания;in fig. 15 shows the speed of a rotating cylindrical piercer as a function of the angular velocity of the piercer;

на фиг. 16 воспроизведена фиг. 15 при низких угловых скоростях устройства проникания;in fig. 16 reproduces FIG. 15 at low angular velocities of the penetration device;

на фиг. 17 показан крутящий момент на вращающемся цилиндрическом устройстве проникания в зависимости от угловой скорости устройства проникания;in fig. 17 shows the torque on a rotating cylindrical piercer as a function of the angular velocity of the piercer;

на фиг. 18 показана скорость вращающегося цилиндрического устройства проникания в зависимости от относительной плотности устройства проникания;in fig. 18 shows the speed of a rotating cylindrical piercer as a function of the relative density of the piercer;

на фиг. 19 показан крутящий момент на вращающемся цилиндрическом устройстве проникания в зависимости от относительной плотности устройства проникания;in fig. 19 shows the torque on a rotating cylindrical piercer as a function of the relative density of the piercer;

на фиг. 20 показана скорость вращающегося цилиндрического устройства проникания в зависимости от прилагаемого гравитационного силового поля;in fig. 20 shows the speed of a rotating cylindrical penetrator as a function of the applied gravitational force field;

на фиг. 21 показан крутящий момент на вращающемся цилиндрическом устройстве проникания в зависимости от прилагаемого гравитационного силового поля;in fig. 21 shows the torque on a rotating cylindrical penetrator as a function of the applied gravitational force field;

на фиг. 22 показаны предельная горизонтальная и вертикальная скорости в зависимости от динамической вязкости текучей фазы для вращающегося цилиндрического устройства проникания во влажной сыпучей среде;in fig. 22 shows the limiting horizontal and vertical velocities as a function of the dynamic viscosity of the fluid phase for a rotating cylindrical permeator in a wet granular medium;

на фиг. 23 показаны тяговая и подъемная силы, действующие на вращающееся цилиндрическое устройство проникания в зависимости от времени, когда устройство проникания испытывает действие потока сыпучего материала;in fig. 23 shows the traction and lift forces acting on a rotating cylindrical piercer as a function of the time the piercer experiences the flow of bulk material;

на фиг. 24 показаны горизонтальная и вертикальная скорости вращающегося цилиндрического устройства проникания в зависимости от угла наклона относительно горизонтали;in fig. 24 shows the horizontal and vertical speeds of a rotating cylindrical penetrator as a function of the angle of inclination relative to the horizontal;

на фиг. 25 показан фиксированный и подвижный крутящий момент на вращающемся цилиндрическом устройстве проникания в зависимости от угла наклона относительно горизонтали;in fig. 25 shows fixed and movable torque on a rotating cylindrical penetrator as a function of the angle of inclination relative to the horizontal;

на фиг. 26 показаны горизонтальная и вертикальная скорости вращающегося сферического устройства проникания в зависимости от угла наклона относительно горизонтали;in fig. 26 shows the horizontal and vertical speeds of a rotating spherical penetrator as a function of the angle of inclination relative to the horizontal;

на фиг. 27 показан фиксированный и подвижный крутящий момент на вращающемся сферическом устройстве проникания в зависимости от угла наклона относительно горизонтали;in fig. 27 shows fixed and variable torque on a rotating spherical penetrator as a function of the angle of inclination relative to the horizontal;

на фиг. 28 показан вид в перспективе альтернативного устройства для продвижения через сыпучую среду; иin fig. 28 shows a perspective view of an alternative device for advancing through a granular medium; And

на фиг. 29 схематически показан путь, пройденный устройством через силосную башню.in fig. 29 schematically shows the path taken by the device through the silo.

Подробное описание иллюстративного варианта осуществленияDetailed Description of an Exemplary Embodiment

На фиг. 1 и 2 показано устройство 1 для продвижения через сыпучую среду. Устройство содержит в целом цилиндрический корпус 2 устройства, а также первую и вторую в целом цилиндрические вращающиеся части 3А, 3В, расположенные на противоположных концах корпуса устройства. Каждая из вращающихся частей установлена на корпусе устройства посредством соответствующих осей 4А, 4В. Корпус устройства содержит двигатель (не показан) и специально предназначенный блок питания (не показан) для вызывания вращения вращающихся частей на осях вокруг продольной оси 5 устройства.In FIG. 1 and 2 show a device 1 for advancing through a bulk medium. The device comprises a generally cylindrical body 2 of the device, as well as first and second generally cylindrical rotating parts 3A, 3B located at opposite ends of the device body. Each of the rotating parts is mounted on the body of the device through the respective axes 4A, 4B. The body of the device contains a motor (not shown) and a specially designed power supply (not shown) for causing rotation of the rotating parts on the axes around the longitudinal axis 5 of the device.

Автор настоящего изобретения обнаружил, что когда устройство 1 погружено в сыпучую среду, вращение вращающихся частей 3А, 3В вокруг продольной оси 5 приводит к продвижению (т.е. перемещению) устройства через сыпучую среду.The inventor of the present invention has found that when the device 1 is immersed in the particulate medium, the rotation of the rotating parts 3A, 3B about the longitudinal axis 5 causes the device to advance (ie move) through the particulate medium.

Устройство может подвергаться действию сил, действующих как в горизонтальном, так и в вертикальном направлениях, а также, в зависимости от конфигурации и работы устройства, могут достигаться вертикальное и/или горизонтальное перемещения устройства через сыпучую среду.The device can be subjected to forces acting in both horizontal and vertical directions, and, depending on the configuration and operation of the device, vertical and/or horizontal movement of the device through the bulk medium can be achieved.

Направление движения устройства в сыпучей среде отличается от ожидаемого в случае, если бы устройство было расположено на горизонтальной фрикционной поверхности и вращающиеся части приводились бы во вращение на одной и той же скорости. Например, на фиг. 3 схематически показано, что горизонтальная составляющая скорости устройства обращена в противоположных направлениях, когда устройство работает на горизонтальной фрикционной поверхности (левая сторона) и в сыпучей среде (правая сторона), при этом ν представляет собой скорость устройства, ω представляет собой угловую скорость устройства и

представляет собой направление, в котором действует сила тяжести. Как показано на фиг. 3, вращение вращающихся частей, как правило, вызывает как вертикальное, так и горизонтальное движение устройства через сыпучую среду, когда устройство ориентировано так, что продольная ось 5 является по существу горизонтальной.The direction of movement of the device in a granular medium differs from that expected if the device were located on a horizontal friction surface and the rotating parts were driven at the same speed. For example, in FIG. 3 schematically shows that the horizontal velocity component of the device is in opposite directions when the device operates on a horizontal friction surface (left side) and in a granular medium (right side), with ν being the speed of the device, ω being the angular velocity of the device and

represents the direction in which gravity acts. As shown in FIG. 3, the rotation of the rotating parts generally causes both vertical and horizontal movement of the device through the bulk medium when the device is oriented so that the longitudinal axis 5 is substantially horizontal.

На фиг. 4 28 показаны результаты моделирования эффекта вращения цилиндрического (фиг. 4 26) или сферического (фиг. 27 и 28) корпуса в сыпучей среде при разных совокупностях условий. В каждом случае моделирование включало расположение цилиндрического или сферического корпуса (называемого «устройством проникания») в ящике, наполненном приблизительно 150000 полидисперсных зерен, имеющих диаметры в относительных единицах от 0,9 до 1,1, так что средний диаметр зерна,

составил 1. Моделирование выполнялось с использованием метода дискретных элементов (DEM), контактные силы "зерно-зерно" в котором вычислялись с использованием линейной пружинно-демпферной модели (модели Гука) (хотя качественно похожие результаты достигаются с использованием нелинейной модели (модели Герца)). Цилиндрическое устройство проникания имело длину

радиус

и полусферические концы.In FIG. 4-28 shows the results of modeling the effect of rotation of a cylindrical (Fig. 4-26) or spherical (Fig. 27 and 28) body in a granular medium under different sets of conditions. In each case, the simulation involved placing a cylindrical or spherical body (referred to as a "permeator") in a box filled with approximately 150,000 polydisperse grains having diameters in relative units from 0.9 to 1.1, so that the average grain diameter,

was 1. The simulation was performed using the discrete element method (DEM), in which grain-grain contact forces were calculated using a linear spring-damper model (Hooke model) (although qualitatively similar results are achieved using a nonlinear model (Hertz model)) . The cylindrical penetrating device had a length

radius

and hemispherical ends.

Коэффициенты нормальной жесткости и нормального демпфирования выбирали для получения коэффициента восстановления, составляющего 0,7. Критерий Кулона использовали для обеспечения возможности скольжения зерна с коэффициентом трения зерен, принимаемым равным 0,5. Тангенциальный коэффициент жесткости был установлен на

без тангенциального демпфирования. Ящик для моделирования имел размеры 50×50×50

и характеризовался периодичностью в направлениях на плоскости с фрикционной стенкой в его основании. Зерна засыпали в ящик, и им дали прийти в состояние покоя до того как было приложено вертикальное гравитационное поле

действующее вниз, и устройство проникания привели во вращение вокруг своей продольной оси с постоянной угловой скоростью, составляющей

Далее представлены результаты моделирования как в безразмерных единицах, так и в единицах СИ, вычисленных для зерен, имеющих свойства, подобные свойствам песка:

принят равным 1 мм; средняя масса частицы принята равной 1 мг; коэффициент нормальной жесткости принят равным 2×10⁵ кг/с²;

принят равным 10 м/с².The coefficients of normal stiffness and normal damping were chosen to obtain a recovery factor of 0.7. The Coulomb criterion was used to ensure the possibility of sliding grains with a grain friction coefficient taken equal to 0.5. The tangential stiffness factor was set to

without tangential damping. The modeling box had dimensions of 50×50×50

and was characterized by periodicity in directions on a plane with a friction wall at its base. The grains were placed in a box and allowed to come to rest before a vertical gravitational field was applied.

acting downward, and the penetrating device was brought into rotation around its longitudinal axis with a constant angular velocity, component

The following are the simulation results both in dimensionless units and in SI units calculated for grains with properties similar to those of sand:

taken equal to 1 mm; the average particle mass is assumed to be 1 mg; the coefficient of normal stiffness is taken equal to 2×10 ⁵ kg/s ² ;

taken equal to 10 m/s ² .

Как можно видеть на фиг. 4, горизонтальное смещение устройства проникания по мере его вращения с постоянной угловой скоростью следовало линейному профилю (за исключением флуктуаций), и поэтому устройство проникания перемещалось по существу с постоянной скоростью. Вертикальная составляющая смещения устройства проникания сначала ушла вниз в начале вращения, поскольку устройство проникания погрузилось незначительно в ящик, из-за того, что смежные зерна сделались подвижными в результате фрикционных взаимодействий, но впоследствии ускорился с достижением предельного, линейного профиля. Это поведение соответствует силам, записанным на устройстве проникания (фиг. 5), когда его поступательные степени свободы были ограничены. Было обнаружено, что горизонтальная сила, действующая на устройство проникания, была обращена в сторону от направления, в котором трение действует на его нижнюю сторону. На фиг. 5 также показано, как подъемная сила на устройстве проникания сначала была отрицательной, затем увеличилась вследствие экспоненциального затухания с достижением положительного среднего значения, при котором сила выровнялась (хотя и с сильными флуктуациями). Средняя сила на устройстве проникания была положительной, указывая на то, что на устройство действовала положительная подъемная сила, направленная вверх.As can be seen in FIG. 4, the horizontal displacement of the piercer as it rotated at a constant angular velocity followed a linear profile (except for fluctuations), and therefore the piercer moved at a substantially constant speed. The vertical displacement component of the piercer initially went down at the beginning of the rotation as the piercer plunged slightly into the box due to adjacent grains being made mobile by frictional interactions, but subsequently accelerated to reach a terminal, linear profile. This behavior is consistent with the forces recorded on the penetration device (FIG. 5) when its translational degrees of freedom were limited. It was found that the horizontal force acting on the penetration device was turned away from the direction in which friction acts on its underside. In FIG. 5 also shows how the lifting force on the penetration device was initially negative, then increased due to exponential decay, reaching a positive average value, at which the force leveled off (albeit with strong fluctuations). The average force on the penetration device was positive, indicating that the device was subjected to a positive uplift.

Как можно видеть на фиг. 6, изменяющийся во времени крутящий момент на устройстве проникания также быстро увеличивался на первых нескольких этапах моделирования до достижения постоянного среднего значения.As can be seen in FIG. 6, the time-varying torque on the penetration device also increased rapidly in the first few simulation steps until a constant average was reached.

Как можно видеть на фиг. 7 и 8, по мере того, как диаметр устройства проникания был увеличен с

до

вертикальная скорость устройства проникания увеличивалась почти линейно, в то время как профиль увеличения крутящего момента представлял собой медленно возрастающую экспоненту. Однако горизонтальная скорость, которая увеличивается в диапазоне диаметров от

до

устройства проникания, фактически уменьшается выше

На этих фигурах также показано, что направление движения было в сторону снижения (т.е. отрицательную) для диаметров устройства проникания, равных или ниже

As can be seen in FIG. 7 and 8, as the diameter of the penetration device has been increased from

before

the vertical speed of the penetrator increased almost linearly while the torque increase profile was a slowly increasing exponential. However, the horizontal speed, which increases in the diameter range from

before

penetration devices, actually decreases above

These figures also show that the direction of travel was downward (i.e. negative) for penetration device diameters equal to or less than

Как можно видеть на фиг. 9 и 10, длина устройства проникания в относительных единицах (изменяющаяся от 0 (указывающая на сферическое устройство проникания) до 30) не оказывала видимого влияния на скорость, хотя крутящий момент на устройстве проникания увеличивался линейно с длиной устройства проникания.As can be seen in FIG. 9 and 10, the length of the piercer in relative units (ranging from 0 (indicating a spherical piercer) to 30) had no apparent effect on speed, although the torque on the piercer increased linearly with the length of the piercer.

Как можно видеть на фиг. 11 и 12, как скорость, так и крутящий момент на устройстве проникания показали сигмовидное поведение в зависимости от коэффициента трения зерен. Для коэффициентов трения зерен, равных или ниже 0,3, создавалось или отсутствовало небольшое движение устройства, и перемещение устройства становилось значительным, только когда коэффициент трения зерен превышал 0,5. Трение является несомненно важным в динамике системы. Большинство практических сыпучих материалов имеют коэффициенты трения, равные или превышающие 0,5.As can be seen in FIG. 11 and 12, both speed and torque on the piercer showed sigmoid behavior as a function of the coefficient of friction of the grains. For grain friction coefficients equal to or lower than 0.3, there was little or no movement of the device, and device movement became significant only when the grain friction coefficient exceeded 0.5. Friction is undoubtedly important in the dynamics of a system. Most practical bulk materials have coefficients of friction equal to or greater than 0.5.

По всей видимости, на фиг. 13 и 14 не показано какой-либо наглядной взаимосвязи между скоростью устройства проникания или крутящим моментом и коэффициентом восстановления зерен, что подразумевает, что пластичность зерна не особенно важна для механизма, создающего силу, действующую на устройство проникания.Apparently, in Fig. 13 and 14 do not show any illustrative relationship between piercer speed or torque and grain recovery ratio, implying that grain ductility is not particularly important to the mechanism that generates the force acting on the piercer.

Однако на фиг. 15, 16 и 17 показано, что как скорость устройства проникания, так и крутящий момент имеют сильную зависимость от угловой скорости; оба резко увеличивались при низких угловых скоростях устройства проникания, пока они не достигали асимптотического значения. Это говорит о том, что устройство проникания не может ускориться сверх этого предела, а также о том, что на практике устройство может работать при относительно низких движущих скоростях, и что двигатели, характеризующиеся низкими об/мин. и, следовательно, высокими значениями крутящего момента, могут использоваться для достижения полного диапазона имеющихся скоростей поступательного передвижения. На этих фигурах также показано, что при высоких движущих скоростях вертикальная составляющая скорости была значительно больше, чем горизонтальная составляющая скорости. Интервал между этими двумя режимами, в которых соотношение между вертикальной и горизонтальной составляющими скорости изменяется в зависимости от движущей скорости, может использоваться для управления направлением движения устройства на практике.However, in FIG. 15, 16 and 17 show that both the speed of the penetrator and the torque have a strong dependence on the angular velocity; both increased sharply at low angular velocities of the penetrating device until they reached an asymptotic value. This suggests that the penetrating device cannot accelerate beyond this limit, and also that in practice the device can operate at relatively low driving speeds, and that motors characterized by low rpm. and hence high torque values can be used to achieve the full range of forward speeds available. These figures also show that at high driving speeds the vertical velocity component was significantly larger than the horizontal velocity component. The interval between these two modes, in which the ratio between the vertical and horizontal speed components changes depending on the driving speed, can be used to control the direction of movement of the device in practice.

На практике, перемещение устройства через сыпучую среду может достигаться с помощью вращения вращающихся частей в широком диапазоне угловых скоростей, например, от 0,1 Гц (т.е. 0,1 полного оборота в секунду) до 10 кГц (т.е. 10000 полных оборотов в секунду), с конкретной угловой скоростью, выбранной на основе параметров устройства, таких как форма, размер и вес, а также природы сыпучего материала.In practice, the movement of the device through the bulk medium can be achieved by rotating the rotating parts in a wide range of angular velocities, for example, from 0.1 Hz (i.e. 0.1 full revolution per second) to 10 kHz (i.e. 10000 full revolutions per second), with a specific angular velocity selected based on device parameters such as shape, size and weight, as well as the nature of the bulk material.

На фиг. 18 и 19 показано, что по мере того, как плотность устройства проникания увеличивалась относительно плотности зерен, скорость поступательного перемещения уменьшалась, а крутящий момент увеличивался. Для высоких относительных плотностей как горизонтальная, так и вертикальная составляющие скорости достигали отрицательных значений, хотя необходимые относительные плотности были бы нереальными для большинства практических сыпучих систем.In FIG. 18 and 19 show that as the density of the piercer increased relative to the density of the grains, the translational speed decreased and the torque increased. For high relative densities, both the horizontal and vertical velocity components reached negative values, although the required relative densities would be unrealistic for most practical bulk systems.

На фиг. 20 и 21 показан эффект изменения силы гравитационного силового поля. По мере увеличения силы поля как горизонтальная, так и вертикальная составляющие скорости, а также крутящий момент, увеличивались линейно.In FIG. 20 and 21 show the effect of changing the strength of the gravitational force field. As the field strength increased, both the horizontal and vertical velocity components, as well as the torque, increased linearly.

На фиг. 22 показаны результаты моделирования, предназначенного для аппроксимации влажной сыпучей среды по сравнению с предшествующими сухими сыпучими системами, в которых зерна разделены незаполненной или газовой промежуточными фазами. Моделирование влажных условий выполняли с использованием пары «lubricate/poly» - расширения, доступного как часть пакета, касающегося коллоидных частиц, пакета молекулярно-динамического моделирования LAMMPS (Плимптон 2007) с открытым исходным кодом. На фиг. 22 показано изменение горизонтальной и вертикальной составляющих скорости для цилиндрического устройства проникания в зависимости от динамической вязкости текучей фазы. На фигуре показано наличие предельной скорости как с вертикальной, так и с горизонтальной составляющими скорости, обращенными в том же направлении, что и для сухой сыпучей среды с низкими показателями вязкости, хотя по мере того, как силы жидкости становятся более значительными при больших значениях вязкости, она снижается. Результаты показывают по меньшей мере качественно, что устройство должно также работать в большинстве влажных сыпучих системах (принимая, что вода имеет динамическую вязкость менее 10 Па при комнатной температуре).In FIG. 22 shows the results of a simulation designed to approximate a wet bulk environment compared to prior dry bulk systems in which grains are separated by unfilled or gaseous intermediate phases. Wet conditions were modeled using the lubricate/poly extension available as part of the colloidal particle package, the open source LAMMPS molecular dynamics simulation package (Plimpton 2007). In FIG. 22 shows the change in the horizontal and vertical velocity components for a cylindrical penetrator as a function of the dynamic viscosity of the fluid phase. The figure shows the presence of a limiting velocity with both vertical and horizontal velocity components facing in the same direction as for a dry granular medium with low viscosity values, although as fluid forces become more significant at higher viscosities, it is decreasing. The results show, at least qualitatively, that the device should also work in most wet bulk systems (assuming water has a dynamic viscosity of less than 10 Pa at room temperature).

На фиг. 23 показан результат подвергания вращающегося цилиндрического устройства проникания воздействию плотного сыпучего постоянного потока в псевдостатическом режиме (с глобальным упаковочным коэффициентом объема 0,6). Целью этого моделирования была проверка, относилось ли явление, обнаруженное автором данного изобретения, к хорошо известному эффекту Магнуса, который проявляется, когда текучая среда обтекает вращающееся тело. Результаты показывают, что устройство проникания испытывало действие тяговой силы в направлении сыпучего потока, но созданная небольшая подъемная сила прилагалась в направлении, противоположном тому, которое ожидалось бы от эффекта Магнуса, подтверждая то, что данные два явления являются качественно разными.In FIG. 23 shows the result of subjecting a rotating cylindrical permeator to a dense, free-flowing constant flow in pseudo-static mode (with a global packing volume factor of 0.6). The purpose of this simulation was to check whether the phenomenon discovered by the present inventor was related to the well-known Magnus effect that occurs when a fluid flows around a rotating body. The results show that the penetrating device experienced a traction force in the direction of the bulk flow, but the slight buoyant force generated was applied in the opposite direction to that which would be expected from the Magnus effect, confirming that the two phenomena are qualitatively different.

На фиг. 24 и 25 показан эффект изменения ориентации вращающегося цилиндрического устройства проникания относительно горизонтали. Не было значительного изменения ни в крутящем моменте, необходимом для вращения устройства проникания, ни в вертикальной составляющей скорости, по мере изменения угла наклона. Однако обнаружилось, что горизонтальная составляющая скорости уменьшалась по мере увеличения угла наклона и приближалась к нулевому значению по мере приближения ориентации (т.е. продольной оси) устройства проникания к вертикали.In FIG. 24 and 25 show the effect of changing the orientation of a rotating cylindrical penetrator with respect to the horizontal. There was no significant change in either the torque required to rotate the penetrator or the vertical velocity component as the angle of inclination changed. However, it was found that the horizontal velocity component decreased as the angle of inclination increased and approached zero as the orientation (ie, longitudinal axis) of the penetrator approached vertical.

Подобным образом на фиг. 26 и 27 показан эффект изменения ориентации вращающегося сферического устройства проникания относительно горизонтали. И в этом случае горизонтальная составляющая скорости уменьшалась в направлении нуля по мере приближения оси вращения к вертикали. Однако на этот раз также вертикальная составляющая скорости устройства проникания уменьшалась линейно в зависимости от угла наклона, хотя и медленнее, чем горизонтальная составляющая. Вертикальная составляющая также не стремилась к нулю при вертикальной ориентации, но вместо этого приближалась к значению приблизительно вдвое меньшему, чем для горизонтальной оси вращения.Similarly, in FIG. 26 and 27 show the effect of changing the orientation of a rotating spherical penetrator with respect to the horizontal. In this case, too, the horizontal velocity component decreased towards zero as the axis of rotation approached the vertical. However, this time also the vertical velocity component of the penetrating device decreased linearly with the angle of inclination, although slower than the horizontal component. The vertical component also did not tend to zero in the vertical orientation, but instead approached a value approximately half that for the horizontal axis of rotation.

Дополнительные изменения и модификации могут быть сделаны в пределах объема настоящего изобретения, как описано в настоящем документе.Additional changes and modifications may be made within the scope of the present invention as described herein.

Например, на фиг. 28 показано транспортное средство («песчаный дрон») 6 для обеспечения движения через сыпучую среду. Транспортное средство 6 содержит в целом кубовидный корпус 7 транспортного средства, имеющий четыре продвигающих блока 8А, 8В, 8С, 8D, прикрепленных к его четырем разным сторонам. Каждый продвигающий блок содержит две вращающиеся части, подобные таковым у устройства 1. Вращение вращающихся частей каждого из продвигающих блоков, когда транспортное средство 6 погружено в сыпучую среду, вызывает перемещение транспортного средства через сыпучую среду. Каждый из продвигающих блоков функционирует при использовании в качестве движителя для продвижения транспортного средства через сыпучую среду.For example, in FIG. 28 shows a vehicle ("sand drone") 6 for providing movement through a granular medium. The vehicle 6 comprises a generally cube-shaped vehicle body 7 having four advance blocks 8A, 8B, 8C, 8D attached to its four different sides. Each advancing block contains two rotating parts similar to those of device 1. The rotation of the rotating parts of each of the advancing blocks, when the vehicle 6 is immersed in the particulate medium, causes the vehicle to move through the particulate medium. Each of the advancing blocks functions when used as a propulsion device to propel a vehicle through the bulk medium.

Транспортное средство может быть оснащено одним или несколькими датчиками. Транспортное средство может быть оснащено контроллером для управления работой продвигающих блоков. Транспортное средство может быть оснащено процессором (находящимся в электронной связи с запоминающим устройством компьютера, хранящим выполняемый программный код), запрограммированным управлять движением транспортного средства через сыпучую среду, например, посредством направления транспортного средства вдоль предварительно запрограммированного пути. Транспортное средство может быть управляемым на расстоянии (в этом случае транспортное средство может содержать приемник и передатчик для установления связи с блоком дистанционного управления) или транспортное средство может быть полностью автоматическим. Такое транспортное средство может использоваться для подземных исследований, для подъема объектов, в исследовании планеты, или в силосных башнях для (злаковых, семенных или бобовых) зерен или порошка (например, цемента).A vehicle may be equipped with one or more sensors. The vehicle may be equipped with a controller to control the operation of the advancing units. The vehicle may be equipped with a processor (in electronic communication with a computer memory storing executable program code) programmed to control the movement of the vehicle through the bulk medium, for example, by guiding the vehicle along a preprogrammed path. The vehicle may be remotely steerable (in which case the vehicle may include a receiver and transmitter to communicate with the remote control unit) or the vehicle may be fully automatic. Such a vehicle can be used for underground exploration, for lifting objects, in planetary exploration, or in silos for (cereal, seed or legume) grains or powder (eg cement).

Например, на фиг. 29 показана силосная башня 9, содержащая зерно 10 злаков. Транспортное средство 6 может быть запрограммировано для перемещения через зерно в силосной башне вдоль пути 11 для смешивания зерен (нейтрализуя состояния отсутствия потока в силосной башне, такие как зависание, налипание или застревание) и для уменьшения не выявляемых иными способами неоднородностей и воздушных карманов, которые иначе могут привести к опасной задержке зерна и проблемам завала зерном, а также неоптимальным условиям потока (например, зависанию или налипанию). Транспортное средство может быть оснащено различными датчиками для определения условий влажности, температуры, уровней содержания химических веществ, воздушных пустот и наличия плесневых грибов или бактерий для осуществления наблюдения за состоянием зерна.For example, in FIG. 29 shows a silo 9 containing 10 cereal grains. Vehicle 6 can be programmed to move through the grain in the silo along path 11 to mix the grains (neutralizing no-flow conditions in the silo, such as stuck, sticky or stuck) and to reduce otherwise undetected irregularities and air pockets that would otherwise can lead to dangerous grain retention and blockage problems, as well as sub-optimal flow conditions (e.g. sticking or sticking). The vehicle can be equipped with a variety of sensors to detect moisture conditions, temperature, chemical levels, air voids, and the presence of molds or bacteria to monitor the condition of the grain.

Другие применения устройства 1 или транспортного средства 6 включают: подъем находящихся на морском дне или под морским дном объектов, таких как нефтяные трубы, сети электропроводов и оборудования для отслеживания состояния морского дна, зарытых мутьевыми потоками или потоками песка; высвобождение транспортных средств, таких как автомобили, колеса которых застряли в песке; извлечение трубопроводов из земли; и подвижные фундаменты для построек.Other uses for device 1 or vehicle 6 include: lifting objects on or under the seabed, such as oil pipes, electrical wire networks, and seabed monitoring equipment buried in turbidity currents or sand currents; releasing vehicles such as cars whose wheels are stuck in the sand; extraction of pipelines from the ground; and movable foundations for buildings.

Claims

1. The method of moving an object through a loose medium containing loose material, while the object is equipped with one or more rotating parts, the method includes: providing an object immersed in a loose medium; and rotating at least one of the one or more rotating parts about the axis of rotation to thereby move the particulate material adjacent to the one or more rotating parts and advance the object through the particulate medium in a direction substantially perpendicular to the axis of rotation, or in a direction inclined about the axis of rotation.

2. The method according to claim. 1, characterized in that the method is a method of moving an object upward through a loose medium against gravity, the method includes rotating at least one of one or more rotating parts around an axis of rotation, to thereby move the loose material down from above one or more rotating parts so that a force is applied to the object which causes the object to move upward through the bulk medium.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that it comprises rotating at least one of one or more rotating parts about an axis of rotation inclined at an acute angle relative to the horizontal, which is less than 45°.

4. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that one or more rotating parts have a circular cross-sectional shape.

5. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that the outer shape of each rotating part is convex.

6. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that one or more rotating parts are elongated.

7. Method according to claim 6, characterized in that the cross-sectional shape and/or area of each rotating part is constant along the length of said rotating part.

8. Method according to claim 7, characterized in that one or more rotating parts are cylindrical.

9. The method according to any one of paragraphs. 6-8, characterized in that it includes the rotation of at least one of one or more rotating parts around the rotation axis coinciding with the longitudinal axis of the specified rotating part.

10. A method according to any of the preceding claims, characterized in that it comprises rotating at least one of one or more rotating parts about an axis of rotation which passes through the center of mass of said rotating part.

11. Method according to any one of the preceding claims, characterized in that each of the one or more rotating parts has a diameter at least twice the average diameter of the grains forming the free-flowing medium.

12. A method according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises rotating at least one of one or more rotating parts at a constant angular velocity.

13. The method according to any of the previous paragraphs, characterized in that the object is a vehicle for providing movement through a granular medium.

14. The method according to claim 13, characterized in that the vehicle contains one or more sensors.

15. The method according to claim 14, characterized in that it includes changing the direction and / or speed of the vehicle through the bulk medium by adjusting the rotation of one or more rotating parts in response to one or more output signals from one or more sensors.

16. Promotion device for advancing an object through a bulk medium containing bulk material, while the promotion device is made with the possibility of connection or connected to the object and contains one or more rotating parts capable of rotating around the axis of rotation, while one or more rotating parts are made in such a way in such a way that when the advancing device is connected to the object, and the object and the advancing device are immersed in a granular medium, rotation of at least one of one or more rotating parts about the axis of rotation moves the granular material adjacent to one or more rotating parts, and advances the object through granular medium in a direction essentially perpendicular to the axis of rotation, or in a direction inclined relative to the axis of rotation.

17. A propulsion device according to claim 16, characterized in that the advancing device is a propulsion device for advancing an object up through a granular medium and one or more rotating parts are made in such a way that when the advancing device is connected to the object, and the object and the advancing device are immersed into the bulk medium, the rotation of at least one of one or more rotating parts around the axis of rotation causes the bulk material to move down from above the one or more rotating parts, so that a force is applied to the object, which causes the object to move upward through the bulk medium.

18. Promotion device according to claim 16 or 17, characterized in that one or more rotating parts have a circular cross-sectional shape.

19. Promotion device according to any one of paragraphs. 16-18, characterized in that the outer shape of each rotating part is convex.

20. Promotion device according to any one of paragraphs. 16-19, characterized in that one or more rotating parts are elongated.

21. The advancing device according to claim 20, characterized in that the cross-sectional shape and/or area of each rotating part is constant along the length of said rotating part.

22. Promotion device according to claim 21, characterized in that one or more rotating parts are cylindrical.

23. Promotion device according to any one of paragraphs. 16-22, characterized in that each of one or more rotating parts can rotate around a corresponding axis of rotation, which coincides with the longitudinal axis of the specified rotating part.

24. Promotion device according to any one of paragraphs. 16-23, characterized in that the axis of rotation of each of one or more rotating parts passes through the corresponding center of mass of each said rotating part.

25. Promotion device according to any one of paragraphs. 16-24, characterized in that each of one or more rotating parts has a diameter at least twice as large as the average diameter of the grains forming the granular medium.

26. A vehicle for ensuring movement through a granular medium containing granular material, while the vehicle contains at least one advancing device according to any one of paragraphs. 16-25.

27. Vehicle according to claim 26, characterized in that the vehicle is configured to rotate at least one of one or more rotating parts at a constant angular velocity.

28. The vehicle according to any one of paragraphs. 26, 27, characterized in that it contains one or more sensors.

29. Vehicle according to claim 28, characterized in that one or more sensors provide sensors suitable for determining parameters of humidity, temperature, chemical levels, air voids and the presence of molds or bacteria.

30. The vehicle according to claim. 28 or 29, characterized in that the vehicle is configured to change the direction and / or speed of movement of the device through the bulk medium by controlling the rotation of one or more rotating parts in response to one or more output signals from one or multiple sensors.

31. The vehicle according to claim 30, characterized in that the granular medium is the seeds of cereal crops or grains of legumes.

32. The vehicle according to any one of paragraphs. 26-31, characterized in that it contains a power source and at least one motor for causing rotation of at least one of one or more rotating parts.

33. The vehicle according to any one of paragraphs. 26-32, characterized in that the vehicle is controlled from a distance and contains a receiver and a transmitter for establishing communication with the remote control unit.